對(duì)不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)一致性轉(zhuǎn)換方法探討

顏振宇

（1.海南國(guó)源土地礦產(chǎn)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，海南 海口 570203）

第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查（以下簡(jiǎn)稱“三調(diào)”）是一項(xiàng)重大的國(guó)情國(guó)力調(diào)查[1]，是查實(shí)查清土地資源的重要手段。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，已有的第二次全國(guó)土地調(diào)查（以下簡(jiǎn)稱“二調(diào)”）成果已不能滿足各方新需求和適應(yīng)管理新需要。根據(jù)《土地管理法》和《土地調(diào)查條例》的要求，2017-10-16，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于開展第三次全國(guó)土地調(diào)查的通知》（國(guó)發(fā)〔2017〕48號(hào)）。為了適應(yīng)國(guó)務(wù)院機(jī)構(gòu)改革要求，2018-08-20，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于調(diào)整成立國(guó)務(wù)院第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組的通知》（國(guó)辦函〔2018〕53號(hào)），決定將第三次全國(guó)土地調(diào)查調(diào)整為第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查?！叭{(diào)”的主要目標(biāo)是在第二次土地調(diào)查成果基礎(chǔ)上，全面細(xì)化和完善土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直接掌握翔實(shí)準(zhǔn)確的國(guó)土利用現(xiàn)狀和自然資源變化情況，進(jìn)一步完善國(guó)土調(diào)查、監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)制度，滿足生態(tài)文明建設(shè)、國(guó)土空間規(guī)劃編制、國(guó)土空間用途管制、國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)、國(guó)土空間治理能力現(xiàn)代化等各項(xiàng)工作的需要?！叭{(diào)”是“二調(diào)”的延續(xù)和發(fā)展，在現(xiàn)有成果資料基礎(chǔ)上，按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，利用3S、測(cè)繪、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)手段，以正射影像圖為基礎(chǔ)，實(shí)地調(diào)查土地利用現(xiàn)狀地類、面積和權(quán)屬，全面反映國(guó)土利用現(xiàn)狀和自然資源變化的情況，同時(shí)根據(jù)“三調(diào)”調(diào)查成果數(shù)據(jù)，分別對(duì)其范圍內(nèi)的國(guó)土利用情況進(jìn)行綜合分析，為生態(tài)文明建設(shè)、自然資源管理提供基礎(chǔ)依據(jù)。

由于“二調(diào)”與“三調(diào)”所用的調(diào)查技術(shù)規(guī)程不同，具體包括同一種調(diào)查地類上圖精度和表現(xiàn)形態(tài)存在不同，如“二調(diào)”時(shí)線狀地物寬度小于20 m的，調(diào)繪中心線，用單線符號(hào)表示，稱為單線線狀地物；當(dāng)線狀地物寬度大于等于20 m的按圖斑調(diào)查，而“三調(diào)”時(shí)鐵路、公路、農(nóng)村道路、河流和溝渠等線狀地物均以圖斑方式調(diào)查[2]。如“二調(diào)”時(shí)建設(shè)用地最小上圖圖斑面積為400 m2，農(nóng)用地為600 m2，其他地類為1 500 m2，達(dá)不到最小上圖圖斑面積時(shí)可用點(diǎn)狀表示，稱為零星地物；而“三調(diào)”時(shí)建設(shè)用地最小上圖圖斑面積為200 m2，農(nóng)用地為400 m2，其他地類為600 m2，達(dá)不到最小上圖圖斑面積時(shí)可采用圖斑綜合方式合并至相鄰圖斑。針對(duì)“二調(diào)”與“三調(diào)”地類上圖精度和表現(xiàn)形態(tài)存在的不同，在開展調(diào)查成果數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析時(shí)，需要對(duì)調(diào)查成果中空間矢量數(shù)據(jù)“點(diǎn)、線、面”的表現(xiàn)形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換[3-6]。本文探討了基于ArcGIS平臺(tái)對(duì)不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)一致性轉(zhuǎn)換的方法，對(duì)海南省“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性的研究。

1 空間矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作流程

以海南省“二調(diào)”數(shù)據(jù)為例，針對(duì)不同形態(tài)的空間矢量數(shù)據(jù)一致性轉(zhuǎn)換工作大致可分為3個(gè)階段，分別為非面狀化矢量數(shù)據(jù)提取、矢量數(shù)據(jù)分類面狀化轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換后地類圖斑更新匯總，具體工作流程如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)換工作流程圖

1.1 非面狀化矢量數(shù)據(jù)提取

依據(jù)《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[7]、《土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》、《土地利用現(xiàn)狀分類》、《第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范性文件，以海南省“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)為例，提取“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)中的非面狀化空間矢量數(shù)據(jù)，具體包括線狀地物和零星地物兩大類，其中，線狀地物包含有林地（031）、其他林地（033）、鐵路用地（101）、公路用地（102）、農(nóng)村道路（104）、管道運(yùn)輸用地（107）、河流水面（111）、溝渠（117）等11個(gè)二級(jí)分類；零星地物則包含其他園地（023）、有林地（031）、其他林地（033）、其他草地（043）、坑塘水面（114）、設(shè)施農(nóng)用地（122）、裸地（127）、村莊用地（203）、風(fēng)景名勝及特殊用地（205）等17個(gè)二級(jí)分類。

1.2 矢量數(shù)據(jù)分類面狀化轉(zhuǎn)換

根據(jù)“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)中的非面狀化空間矢量數(shù)據(jù)類型、屬性結(jié)構(gòu)及調(diào)查現(xiàn)狀分類等不同，采用分類分步的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)“二調(diào)”成果中的不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)的一致性轉(zhuǎn)換。具體包括：一是從線狀地物矢量數(shù)據(jù)中提取寬度（KD）、扣除圖斑編號(hào)（KCTBBH）、扣除圖斑單位代碼（KCTBDWDM）及扣除比例（KCBL）等屬性信息，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀調(diào)查分類編碼排序，在ArcGIS平臺(tái)中通過(guò)緩沖區(qū)分析工具（Buffer），實(shí)現(xiàn)對(duì)“二調(diào)”成果中線狀地物矢量數(shù)據(jù)面狀化轉(zhuǎn)換；二是從零星地物中提取面積（MJ）、坐落圖斑編號(hào)（ZLTBBH）等屬性信息，通過(guò)零星地物面積屬性反算點(diǎn)狀地物緩沖半徑，同樣在ArcGIS平臺(tái)中通過(guò)緩沖區(qū)分析工具（Buffer），實(shí)現(xiàn)對(duì)“二調(diào)”成果中點(diǎn)狀地物矢量數(shù)據(jù)的面狀化轉(zhuǎn)換。

1.3 轉(zhuǎn)換后地類圖斑更新匯總

首先應(yīng)對(duì)分類轉(zhuǎn)換后的線狀地物圖斑、零星地物圖斑分別進(jìn)行圖斑拓?fù)潢P(guān)系檢查和拓?fù)溴e(cuò)誤處理，刪除因緩沖區(qū)處理后形成的自相交重疊區(qū)域；接著分別在ArcGIS平臺(tái)中通過(guò)疊加分析工具（Update），將完成拓?fù)涮幚砗蟮木€狀地物和零星地物與原地類圖斑進(jìn)行疊加更新，匯總形成“二調(diào)”面狀化轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)成果；最后在ArcGIS平臺(tái)中通過(guò)求交分析工具（Intersect），疊加分析“二調(diào)”與“三調(diào)”空間矢量數(shù)據(jù)，獲取各類現(xiàn)狀用地面積流量變化情況，通過(guò)對(duì)海南省第三次國(guó)土調(diào)查成果數(shù)據(jù)綜合比對(duì)，生成各類現(xiàn)狀地類流量分析報(bào)表，為后續(xù)自然資源管理工作提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換方法驗(yàn)證

以海南省國(guó)土調(diào)查成果數(shù)據(jù)為例，本文探討了基于ArcGIS對(duì)不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性轉(zhuǎn)換的方法，主要針對(duì)“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)中的線狀地物和點(diǎn)狀地物分類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性轉(zhuǎn)換研究，并對(duì)轉(zhuǎn)換前后各地類面積進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證。

2.1 線狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（XZDW）

海南省“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)中的線狀矢量數(shù)據(jù)，具體包含有林地（031）、其他林地（033）、鐵路用地（101）、公路用地（102）、農(nóng)村道路（104）、管道運(yùn)輸用地（107）、河流水面（111）、溝渠（117）等11個(gè)二級(jí)分類，合計(jì)1 651 740條記錄，面積合計(jì) 66 176.28 hm2，具體情況見表1。

表1 “二調(diào)”線狀矢量數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)從線狀地物矢量數(shù)據(jù)中提取寬度（KD）、扣除圖斑編號(hào)（KCTBBH）、扣除圖斑單位代碼（KCTBDWDM）及扣除比例（KCBL）等屬性信息，同時(shí)考慮到不同線狀地物面狀化轉(zhuǎn)換后有可能存在相互壓蓋重疊，國(guó)土調(diào)查成果數(shù)據(jù)疊加比對(duì)分析時(shí)各類現(xiàn)狀用地面積關(guān)注度也有所不同，按照優(yōu)先保障重點(diǎn)關(guān)注地類圖斑的完整性原則，用地面積變化關(guān)注程度越高的地類應(yīng)越往后更新，采用未利用地＜農(nóng)用地＜建設(shè)用地的先后順序進(jìn)行分類更新。綜合考慮，具體到二級(jí)分類 更 新 順 序 為：111＜033＜032＜031＜123＜117＜114＜108＜107＜102＜101。在ArcGIS平臺(tái)中通過(guò)緩沖區(qū)分析工具（Buffer），按上述分類按順序?qū)Α岸{(diào)”成果中線狀地物矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行面狀化轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后各線狀地物圖斑面積對(duì)比情況見表2。

表2 “二調(diào)”線狀矢量數(shù)據(jù)分類面狀化轉(zhuǎn)換后面積對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

2.2 點(diǎn)狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（LXDW）

海南省“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)中的點(diǎn)狀矢量數(shù)據(jù)，具體包含其他園地（023）、有林地（031）、其他林地（033）、其他草地（043）、坑塘水面（114）、設(shè)施農(nóng)用地（122）、裸地（127）、村莊用地（203）等17個(gè)二級(jí)分類，合計(jì)6 264條記錄，面積合計(jì)351.85 hm2。

通過(guò)從零星地物中提取面積（MJ）、坐落圖斑編號(hào)（ZLTBBH）等屬性信息，同時(shí)考慮到不同點(diǎn)狀地物面狀化轉(zhuǎn)換后有可能存在相互壓蓋重疊，但點(diǎn)狀地物面積普遍較小，面狀化轉(zhuǎn)換后壓蓋重疊面積對(duì)地類比對(duì)分析結(jié)果影響也較小，因此不采用分類更新的方式，統(tǒng)一依據(jù)零星地物面積屬性反算點(diǎn)狀地物緩沖半徑，在ArcGIS平臺(tái)中通過(guò)緩沖區(qū)分析工具（Buffer），實(shí)現(xiàn)對(duì)“二調(diào)”成果中點(diǎn)狀地物矢量數(shù)據(jù)的面狀化轉(zhuǎn)換。對(duì)轉(zhuǎn)換后的零星地物做圖形拓?fù)錂z查，刪除重疊壓蓋區(qū)域后面積差異比對(duì)情況見表3。

表3 “二調(diào)”點(diǎn)狀矢量數(shù)據(jù)面狀化轉(zhuǎn)換后面積對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

2.3 原因分析與驗(yàn)證結(jié)論

通過(guò)上述方法對(duì)“二調(diào)”成果中的點(diǎn)狀、線狀地物矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行面狀化轉(zhuǎn)換，再根據(jù)轉(zhuǎn)換后各地類面積比對(duì)情況，進(jìn)一步分析驗(yàn)證轉(zhuǎn)換方法。

1）線狀地物面積偏差原因分析。造成線狀地物轉(zhuǎn)換后面積存在一定偏差的原因主要有2個(gè)。一是不同線狀地物的垂直交叉重疊，為保持高等級(jí)的線狀地物貫通，低等級(jí)線狀地物則斷開表示，造成部分線狀地物面積滅失的情況，如圖2a所示；二是不同線狀地物的平行交叉重疊，由于線狀地物按原寬度屬性緩沖構(gòu)面后，也會(huì)出現(xiàn)部分交叉重疊區(qū)域，同樣為保持高等級(jí)的線狀地物圖斑完整性，低等級(jí)線狀地物則被壓蓋更新，造成部分線狀地物面積滅失的情況，如圖2b所示。

圖2 線狀地物面積偏差的原因

3 點(diǎn)狀地物面積偏差原因分析

造成點(diǎn)狀地物轉(zhuǎn)換后面積存在一定偏差的原因有兩個(gè)，主要原因是不同零星地物按原面積屬性緩沖構(gòu)面后，會(huì)出現(xiàn)部分交叉重疊區(qū)域，因此造成部分零星地物面積滅失的情況；另外由于零星地物按原面積屬性反算緩沖半徑時(shí)，由于計(jì)算精度的原因，同樣會(huì)造成造成部分零星地物面積滅失的情況，但由于四舍五入計(jì)算精度原因造成的面積滅失都比較小，可以忽略不計(jì)。

綜上所述，基于ArcGIS平臺(tái)通過(guò)緩沖構(gòu)面的方法，對(duì)“二調(diào)”成果中的點(diǎn)狀、線狀地物矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性轉(zhuǎn)換后，雖有部分地類面積出現(xiàn)偏差，但偏差結(jié)果對(duì)全省“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析應(yīng)用影響較小，筆者認(rèn)為可采用上述方式針對(duì)全省不同時(shí)期、不同形態(tài)的國(guó)土調(diào)查空間矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性轉(zhuǎn)換，并在此基礎(chǔ)上開展數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析，為自然資源管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 關(guān)鍵技術(shù)方法的應(yīng)用

4.1 矢量數(shù)據(jù)分類轉(zhuǎn)換建模

Model Builder作為ArcGIS的可視化建模工具，可以實(shí)現(xiàn)一系列流程化的工作[8]。將上述點(diǎn)狀、線狀地物矢量數(shù)據(jù)按步驟采用Model Builder進(jìn)行建模，可以輕松實(shí)現(xiàn)不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)分類面狀化的功能[9]。根據(jù)“二調(diào)”成果數(shù)據(jù)中的非面狀化空間矢量數(shù)據(jù)類型、屬性結(jié)構(gòu)及調(diào)查現(xiàn)狀分類等不同，采用分類分步的方式，提取原有相關(guān)矢量數(shù)據(jù)屬性信息模型構(gòu)建參數(shù)，批量實(shí)現(xiàn)不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)一致性轉(zhuǎn)換，大大提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作效率。

4.2 圖斑橢球面積重算

圖斑橢球面積重算是國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析中的一個(gè)關(guān)鍵性問題，“三調(diào)”數(shù)據(jù)庫(kù)啟用后，新的面積量算將全部以“三調(diào)”數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)。相比于“二調(diào)”數(shù)據(jù)庫(kù)，“三調(diào)”去除了線狀地物和零星地物圖層，調(diào)查成果全部歸結(jié)到地類圖斑（DLTB）面狀圖層中[10]。要做好“二調(diào)”與“三調(diào)”空間矢量數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析，需要對(duì)上述面狀化轉(zhuǎn)換后的圖斑重新進(jìn)行橢球面積計(jì)算，以提高數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析精度。根據(jù)圖斑橢球面積計(jì)算公式，在ArcGIS中利用ArcObject進(jìn)行圖斑橢球面積計(jì)算工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，大大提高了數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析精度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所闡述的可基于ArcGIS對(duì)不同形態(tài)空間矢量數(shù)據(jù)一致性轉(zhuǎn)換方法，在應(yīng)用于對(duì)海南省不同時(shí)期國(guó)土成果數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析工作中，既提高了空間矢量數(shù)據(jù)疊加分析工作效率，也提高了數(shù)據(jù)分析精度，具有一定的推廣價(jià)值。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，為更好地服務(wù)于生態(tài)文明建設(shè)及自然資源管理工作，在掌握翔實(shí)的自然資源利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，同時(shí)更需要掌握準(zhǔn)確的自然資源變化趨勢(shì)，對(duì)全省范圍內(nèi)的自然資源利用變化情況進(jìn)行綜合比對(duì)分析，只有進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分析精度才能更好為自然資源管理工作提供準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)。